機器視覺技術

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陳兵旗
圖書標籤:
  • 機器視覺
  • 圖像處理
  • 模式識彆
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  • 工業檢測
  • 自動化
  • 深度學習
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  • 人工智能
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圖書描述

  本書分上下兩篇介紹機器視覺的構成、圖像處理方法以及應用實例。
 
  上篇「機器視覺理論與演算法」包括:機器視覺、圖像處理、目標提取、邊緣檢測、圖像平滑處理、幾何參數檢測、Hough變換、幾何變換、單目視覺測量、雙目視覺測量、運動圖像處理、傅立葉變換、小波變換、模式識彆、神經網路、深度學習、遺傳演算法。
 
  下篇「機器視覺應用係統」包括:通用圖像處理係統ImageSys、二維運動圖像測量分析係統MIAS、三維運動測量分析係統MIAS 3D、車輛視覺導航係統。
 
  本書匯集瞭圖像處理絕大多數現有流行演算法,以淺顯的圖文並茂的方法講解複雜的理論演算法,每個演算法都給齣瞭實際處理案例。
 
  書中所講案例均來自生產實踐,都得到瞭實際應用的檢驗。
 
  本書不僅適用於機器視覺和圖像處理專業理論結閤實踐的教學,對於本科係及相關科係的課題研究人員和專業技術人員也具有重要的參考價值。
好的,這是一本關於深度學習在自然語言處理(NLP)中的前沿應用的圖書簡介: --- 《語義鴻溝的彌閤:深度學習驅動的自然語言理解與生成前沿探析》 內容提要 在信息爆炸的數字時代,文本數據已成為知識傳承與交流的核心載體。然而,機器要真正“理解”人類語言的復雜性、歧義性以及蘊含的深層語義,仍然是一項艱巨的挑戰。本書《語義鴻溝的彌閤:深度學習驅動的自然語言理解與生成前沿探析》,並非探討圖像處理、模式識彆或工業自動化中的機器視覺技術,而是完全聚焦於自然語言的數字化解析、建模與創造。 本書旨在為計算機科學、語言學交叉領域的研究人員、高級工程師以及對人工智能前沿充滿熱忱的讀者,提供一個全麵、深入且聚焦於當前最先進深度學習範式的NLP知識體係。我們摒棄瞭對傳統符號主義方法的冗餘介紹,直接切入以Transformer架構為核心的現代NLP技術棧,詳細剖析如何利用大規模預訓練模型(如BERT、GPT係列及其變體)解決現實世界中的復雜語言任務。 全書內容結構嚴謹,從基礎的分布式錶示的演進,到復雜的注意力機製的精妙設計,再到前沿的知識增強與多模態融閤,層層遞進,確保讀者不僅能掌握“如何使用”這些模型,更能理解其背後的“為何有效”的理論基礎。 核心章節與深度解析 本書共分為七大部分,涵蓋瞭從理論基石到應用落地的完整鏈條: 第一部分:現代NLP的基石——分布式錶示與序列建模的演進 本部分首先迴顧瞭詞嵌入(Word Embeddings)如何從稀疏錶示轉嚮稠密嚮量空間,重點分析瞭Word2Vec、GloVe的局限性。隨後,我們深入探討瞭循環神經網絡(RNNs)及其變體(如LSTM和GRU)在處理序列依賴性上的突破與瓶頸,為引入更強大的並行化模型——自注意力機製——做好鋪墊。此部分著重於理解上下文敏感性錶示的必要性。 第二部分:Transformer架構的革命性突破 這是全書的理論核心。我們將詳細解構2017年裏程碑式的論文《Attention Is All You Need》中所提齣的Transformer模型。章節將細緻剖析多頭自注意力機製(Multi-Head Attention)的計算流程,講解位置編碼(Positional Encoding)如何為無序的序列數據注入時序信息,並對比編碼器-解碼器架構的完整運作方式。我們還將討論層歸一化(Layer Normalization)和殘差連接在模型訓練穩定中的關鍵作用。 第三部分:大規模預訓練模型的範式轉變 本部分聚焦於如何利用海量未標注文本數據進行“預訓練”,從而獲得強大的語言通用能力。我們將深入比較自編碼器(Autoencoding)模型如BERT族(包括RoBERTa、ALBERT)與自迴歸(Autoregressive)模型如GPT族的工作原理。特彆地,會詳細闡述掩碼語言模型(MLM)和下一句預測(NSP)等預訓練任務的設計哲學,以及它們如何有效地捕捉雙嚮上下文信息。 第四部分:下遊任務的精細化適應與遷移學習 預訓練模型需要被適應於特定的下遊任務,如文本分類、命名實體識彆(NER)、問答係統(QA)和意圖識彆。本章詳細介紹瞭微調(Fine-Tuning)的策略,包括參數高效微調(PEFT)技術如LoRA、Prefix-Tuning,以應對資源受限場景。對於序列標注任務,我們將分析如何設計閤適的輸齣層結構來優化F1分數和準確率。 第五部分:自然語言生成(NLG)的藝術與科學 生成任務是衡量機器“創造力”的關鍵指標。本章超越瞭簡單的貪婪搜索(Greedy Search),深入探討束搜索(Beam Search)、Top-K/Top-P(Nucleus)采樣等解碼策略,分析它們在控製生成文本的流暢性與多樣性之間的權衡。此外,我們將涵蓋摘要生成(Abstractive Summarization)中如何避免信息丟失和幻覺(Hallucination)的最新對抗性訓練方法。 第六部分:高級主題——知識增強與可解釋性 現代NLP模型往往缺乏對事實性知識的精確引用。本部分將介紹如何將外部知識圖譜(KGs)整閤到語言模型中,形成知識增強的語言模型(KGLM),以提升推理能力和事實準確性。同時,鑒於大型模型的“黑箱”特性,我們也會探討一些可解釋性(XAI for NLP)方法,如注意力權重可視化和梯度分析,以探究模型決策的內部邏輯。 第七部分:多模態與未來趨勢展望 本書的最後部分將目光投嚮NLP與其他領域的交叉前沿。我們將探討如何將文本信息與視覺信息(圖像、視頻)相結閤,驅動視覺問答(VQA)和文本到圖像生成(如DALL-E, Midjourney的語言理解部分)。最後,本書將對模型對齊、倫理考量(如偏見消除)以及未來可能齣現的更高效、更具推理能力的架構進行前瞻性總結。 本書的獨特價值 本書的撰寫嚴格遵循學術嚴謹性與工程實踐性的平衡。我們不涉及任何關於圖像采集、圖像處理算法、特徵提取、模式識彆、3D重建或任何與光學、傳感器相關的“機器視覺”內容。所有論述均基於語言學輸入和深度神經網絡處理。讀者將獲得: 1. 理論的深度穿透力: 拒絕停留在API調用層麵,深入剖析Transformer層內矩陣運算的細節。 2. 前沿技術的實戰指導: 涵蓋當前工業界和學術界最熱門的PEFT、知識注入等技術。 3. 清晰的邏輯脈絡: 從基礎序列建模到復雜生成任務,構建完整的知識框架,避免知識點零散。 本書是緻力於在復雜語義世界中構建智能係統的研究者和工程師的必備參考書。 ---

著者信息

圖書目錄

上篇 機器視覺理論與算法

第1章 機器視覺
1.1機器視覺的作用
1.2機器視覺的硬體構成
1.2.1電腦
1.2.2圖像採集設備
1.3機器視覺的軟體及編程工具
1.4機器視覺、機器人和智慧裝備
1.5機器視覺的功能與精度

第2章 圖像處理
2.1圖像處理的發展過程
2.2數位圖像的採樣與量化
2.3彩色圖像與灰階圖像
2.4圖像文件及視頻文件格式
2.5數位圖像的電腦錶述
2.6常用圖像處理算法及其通用性問題
參考文獻

第3章 目標提取
3.1如何提取目標物體
3.2基於閾值的目標提取
3.2.1二值化處理
3.2.2閾值的確定
3.3基於顔色的目標提取
3.3.1色相、亮度、飽和度及其他
3.3.2顔色分量及其組閤處理
3.4基於差分的目標提取
3.4.1幀間差分
3.4.2背景差分
參考文獻

第4章 邊緣檢測
4.1邊緣與圖像處理
4.2基於微分的邊緣檢測
4.3基於模闆匹配的邊緣檢測
4.4邊緣圖像的二值化處理
4.5細線化處理
4.6Canny 算法
參考文獻

第5章 圖像平滑處理
5.1圖像噪聲及常用平滑方式
5.2移動平均
5.3中值濾波
5.4高斯濾波
5.5模糊圖像的清晰化處理
5.5.1對比度增強
5.5.2自動對比度增強
5.5.3直方圖均衡化
5.5.4暗通道先驗法去霧處理
5.6二值圖像的平滑處理
參考文獻
 
第6章 幾何參數檢測
6.1基於圖像特徵的自動識彆
6.2二值圖像的特徵參數
6.3區域標記
6.4基於特徵參數提取物體
6.5基於特徵參數消除噪聲
參考文獻

第7章 Hough 變換
7.1傳統Hough 變換的直線檢測
7.2過已知點Hough 變換的直線檢測
7.3Hough 變換的麯線檢測
參考文獻

第8章 幾何變換
8.1關於幾何變換
8.2放大縮小
8.3平移
8.4鏇轉
8.5複雜變形
8.6齊次坐標錶示
參考文獻

第9章 單目視覺測量
9.1硬體構成
9.2攝影機模型
9.2.1參考坐標係
9.2.2攝影機模型分析
9.3攝影機標定
9.4標定尺檢測
9.4.1定位追蹤起始點
9.4.2藍黃邊界檢測
9.4.3確定角點坐標
9.4.4單應矩陣計算
9.5標定結果分析
9.6標識點自動檢測
9.7手動選取目標
9.8距離測量分析
9.8.1透視畸變對測距精度的影響
9.8.2目標點與標定點的距離對測距精度的影響
9.9麵積測量算法
9.9.1獲取待測區域輪廓點集
9.9.2最小凸多邊形擬閤
9.9.3多邊形麵積計算
9.9.4測量實例
參考文獻

第10章 雙目視覺測量
10.1雙目視覺係統的結構
10.1.1平行式立體視覺模型
10.1.2匯聚式立體視覺模型
10.2攝影機標定
10.2.1直接線性標定法
10.2.2張正友標定法
10.2.3攝影機參數與投影矩陣的轉換
10.3標定測量試驗
10.3.1直接線性標定法試驗
10.3.2張正友標定法試驗
10.3.3三維測量試驗
參考文獻

第11章 運動圖像處理
11.1光流法
11.1.1光流法的基本概念
11.1.2光流法用於目標追蹤的原理
11.2模闆匹配
11.3運動圖像處理實例
11.3.1羽毛球技戰術實時圖像檢測
11.3.2蜜蜂舞蹈行為分析
參考文獻

第12章 傅立葉變換
12.1頻率的世界
12.2頻率變換
12.3離散傅立葉變換
12.4圖像的二維傅立葉變換
12.5濾波處理
參考文獻

第13章 小波變換
13.1小波變換概述
13.2小波與小波變換
13.3離散小波變換
13.4小波族
13.5信號的分解與重構
13.6圖像處理中的小波變換
13.6.1二維離散小波變換
13.6.2圖像的小波變換編程
參考文獻

第14章 模式識彆
14.1模式識彆與圖像識彆的概念
14.2圖像識彆係統的組成
14.3圖像識彆與圖像處理和圖像理解的關係
14.4圖像識彆方法
14.4.1模闆匹配方法
14.4.2統計模式識彆
14.4.3新的模式識彆方法
14.5人臉圖像識彆係統
參考文獻

第15章 神經網路
15.1人工神經網路
15.1.1人工神經網路的生物學基礎
15.1.2人工神經元
15.1.3人工神經元的學習
15.1.4人工神經元的激活函數
15.1.5人工神經網路的特點
15.2BP 神經網路
15.2.1BP 神經網路簡介
15.2.2BP 神經網路的訓練學習
15.2.3改進型BP 神經網路
15.3BP 神經網路在數位字符識彆中的應用
15.3.1BP 神經網路數位字符識彆係統原理
15.3.2網路模型的建立
15.3.3數位字符識彆演示
參考文獻

第16章 深度學習
16.1深度學習的發展歷程
16.2深度學習的基本思想
16.3淺層學習和深度學習
16.4深度學習與神經網路
16.5深度學習訓練過程
16.6深度學習的常用方法
16.6.1自動編碼器
16.6.2稀疏編碼
16.6.3限製波爾茲曼機
16.6.4深信度網路 
16.6.5捲積神經網路
16.7基於捲積神經網路的手寫體字識彆
16.7.1手寫字識彆的捲積神經網路結構
16.7.2捲積神經網路文字識彆的實現
參考文獻

第17章 遺傳算法
17.1遺傳算法概述
17.2簡單遺傳算法
17.2.1遺傳錶達
17.2.2遺傳算子
17.3遺傳參數
17.3.1交叉率和變異率
17.3.2其他參數
17.3.3遺傳參數的確定
17.4適應度函數
17.4.1目標函數映射為適應度函數
17.4.2適應度函數的尺度變換
17.4.3適應度函數設計對GA 的影響
17.5模式定理
17.5.1模式的幾何解釋
17.5.2模式定理
17.6遺傳算法在模式識彆中的應用
17.6.1問題的設定
17.6.2GA 的應用方法
17.6.3基於GA 的雙目視覺匹配
參考文獻
 
下篇 機器視覺應用係統

第18章 通用圖像處理係統ImageSys
18.1係統簡介
18.2狀態窗
18.3圖像採集
18.3.1DirectX 直接採集
18.3.2VFW PC 相機採集
18.3.3A/D 圖像卡採集
18.4直方圖處理
18.4.1直方圖
18.4.2線剖麵
18.4.33D 剖麵
18.4.4纍計分佈圖
18.5顔色測量
18.6顔色變換
18.6.1顔色亮度變換
18.6.2HSI 錶示變換
18.6.3自由變換
18.6.4RGB 顔色變換
18.7幾何變換
18.7.1仿射變換
18.7.2透視變換
18.8頻率域變換
18.8.1小波變換
18.8.2傅立葉變換
18.9圖像間變換
18.9.1圖像間演算
18.9.2運動圖像校正
18.10濾波增強
18.10.1單模闆濾波增強
18.10.2多模闆濾波增強
18.10.3Canny 邊緣檢測
18.11圖像分割
18.12二值運算
18.12.1基本運算
18.12.2特殊提取
18.13二值圖像測量
18.13.1幾何參數測量
18.13.2直線參數測量
18.13.3圓形分離
18.13.4輪廓測量
18.14幀編輯
18.15畫圖
18.16查看
18.17文件
18.17.1圖像文件
18.17.2多媒體文件
18.17.3多媒體文件編輯
18.17.4添加水印
18.18係統設置
18.18.1係統幀設置
18.18.2係統語言設置
18.19係統開發平臺Sample
參考文獻

第19章 二維運動圖像測量分析係統MIAS
19.1係統概述
19.2文件
19.3運動圖像及2D 比例標定
19.4運動測量
19.4.1自動測量
19.4.2手動測量
19.4.3標識測量
19.5結果瀏覽
19.5.1結果視頻錶示
19.5.2位置速率
19.5.3偏移量
19.5.42 點間距離
19.5.52 線間夾角
19.5.6連接線圖一覽
19.6結果修正
19.6.1手動修正
19.6.2平滑化
19.6.3內插補間
19.6.4幀坐標變換
19.6.5人體重心測量
19.6.6設置事項
19.7查看
19.8實時測量
19.8.1實時目標測量
19.8.2實時標識測量
19.9開發平臺MSSample
參考文獻

第20章 三維運動測量分析係統MIAS 3D
20.1MIAS 3D 係統簡介
20.2文件
20.32D 結果導入、3D 標定及測量
20.4顯示結果
20.4.1視頻錶示
20.4.2點位速率
20.4.3位移量
20.4.42 點間距離
20.4.52 線間夾角
20.4.6連接線一覽圖
20.5結果修正
20.6其他功能
參考文獻
 
第21章 車輛視覺導航係統
21.1車輛無人駕駛的發展歷程及趨勢
21.2視覺導航係統的硬體
21.3視覺導航係統的軟體
21.4導航試驗及性能測試比較

圖書序言

  • ISBN:9786263321298
  • 規格:平裝 / 354頁 / 17 x 23 x 1.77 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

 
  智慧製造的核心內容是裝備生產和應用的資訊化與智慧化,機器視覺是實現這一目標的關鍵技術。提起「機器視覺」或者「圖像處理」(機器視覺的軟體部分),許多人並不陌生,但是沒有專門學習過的人,往往會把「圖像處理」與用於圖像編輯的Photoshop軟體等同起來,其實兩者之間具有本質的區彆。機器視覺中的圖像處理是由電腦對現有的圖像進行分析和判斷,然後根據分析判斷結果去控製執行其他相應的動作或處理;而Photoshop是基於人的判斷,通過人手的操作來改變圖像的顔色、形狀或者剪切與編輯。也就是説,一個是由機器分析判斷圖像並自動執行其他動作,一個是由人分析判斷圖像並手動修改圖像,這就是兩者的本質區彆。本書內容就是介紹機器視覺的構成、圖像處理理論算法及應用係統。
 
  目前,市麵上圖像處理方麵的書比較多,一般都是著眼於講解圖像處理算法理論或者編程方法,筆者本人也編著瞭兩本圖像處理VC++ 編程和一本機器視覺理論及應用實例介紹方麵的書,這些書的主要適用對象是圖像處理編程人員。然而,從事圖像處理編程工作的人畢竟是少數,將來越來越多的人會從事與機器人和智慧裝備相關的操作及技術服務工作,目前國內針對這個群體的機器視覺教育書籍還比較少。近年來,經常有地方理工科院校來諮詢圖像處理實驗室建設事項,他們的目的是圖像處理理論教學,而不是學習圖像處理程序編寫,給他們推薦教材和進行圖像處理實驗室配置都是很睏難的事。爲瞭適應這個龐大群體的需要,本書以普及教學爲目的,盡量以淺顯易懂、圖文並茂的方法來説明複雜的理論算法,每個算法都給齣實際處理案例,使一般學習者能夠感覺到機器視覺其實並不深奧,也給將來可能從事機器視覺項目開發的人增強信心。
本書匯集瞭圖像處理絕大多數現有流行算法,對於專業圖像處理研究和編程人員,也具有重要的參考價值。
 
  本書在撰寫過程中得到瞭田浩、歐陽娣、曾寶明、王橋、楊明、喬妍、硃德利、樑習卉子、陳洪密、代賀等不同程度的幫助,也獲得瞭北京現代富博科技有限公司的技術支持,在此對他們錶示衷心的感謝!
 
  由於筆者水平所限,書中不足之處在所難免,敬請廣大讀者與專傢批評指正。

用户评价

评分

這本書的編排方式,讓我聯想到大學時代讀的參考書,就是那種每個章節都寫得非常完整,但邏輯銜接上稍微有點生硬的感覺。你翻到特定章節,它會把那個技術點給你拆解得非常透徹,包括歷史淵源、數學推導,甚至是不同演算法之間的優缺點比較,都寫得非常詳盡,這點對於要做學術研究或是需要撰寫技術規格書的人來說,簡直是寶庫。不過,對於我們這種實務工作者,想知道「我該怎麼選用這個演算法來解決我眼前的問題」,它提供的指引就比較間接瞭。很多時候,讀完一個章節,我還是得自己迴頭去網路上找對應的軟體函式庫實作,然後再對照書本上的理論。如果書中能多一些整閤性的「專案導嚮」的章節,把視覺係統的建立流程從頭到尾跑一遍,或許對剛入行的人會更有幫助,更能建立起一個完整的知識架構。

评分

坦白說,這本書的厚度讓我有點卻步,但內容的紮實度確實讓人佩服。不過,我個人覺得,對於目前快速迭代的技術市場來說,這本書的更新速度可能跟不上。視覺技術,特別是軟體和演算法部分,變化速度快得嚇人。書中介紹的一些經典方法論固然是基石,但如果沒有提及最新的硬體發展,比如新型態的ToF(Time-of-Flight)感測器,或者高速運算單元(如FPGA或專用AI晶片)在視覺係統中的整閤,會讓人覺得內容有些「年代感」。我翻閱時,一直在找尋關於3D重建或者即時動態場景分析的深入探討,但感覺這類前沿、對運算要求極高的部分,似乎隻是一帶而過,沒有像對傳統2D影像處理那樣下苦功去深入剖析。這本書的受眾可能更偏嚮於需要建立傳統工業自動化視覺係統的技術人員,對於追求尖端應用的開發者來說,可能需要搭配其他更專注於AI模型訓練或新興感測器的書籍一起閱讀。

评分

說真的,剛拿到這本書的時候,我本來還蠻期待的,畢竟標題聽起來就很「前沿」,想說或許能學到一些最新的深度學習在影像處理上的應用。畢竟現在大傢都在談什麼捲積神經網路(CNN)是不是能讓機器看東西更像人眼。可是,這本書的調性比較偏嚮傳統的影像處理方法論,像是邊緣偵測、特徵提取這些比較基礎的演算法,都有很詳盡的介紹。這當然沒錯,基礎紮實很重要,但對於已經對這些基本概念有概念的讀者來說,會覺得內容稍微有點「溫吞水」,缺乏那種讓人眼睛一亮的突破性內容。書裡舉的例子也偏嚮工業檢測的傳統場景,雖然穩健,但就是少瞭點現代感。我比較希望看到的是如何用這些視覺技術去解決一些比較「聰明」的問題,而不是單純的瑕疵判斷。如果作者能多加入一些關於AI視覺框架(像是TensorFlow或PyTorch)的實戰範例,對現在的工程師來說,吸引力會大增不少。

评分

這本書,老實講,我在書店裡翻瞭一下,還真有點摸不著頭緒,它給我的感覺就像是走進一個超級複雜的電子零件倉庫,到處都是密密麻麻的電路闆和看不懂的參數。坦白說,我對電子學不是特別在行,所以書裡那些關於感測器精準度、光學設計的細節,對我這種搞設計企劃的來說,簡直就是天書。我原本是希望能夠找到一些比較偏嚮應用麵的介紹,比如說機器視覺怎麼幫忙工廠提高良率,或者在無人載具上的實際案例,畢竟現在AI和自動化這麼夯,大傢都很關心這些技術到底怎麼落地。結果這本書比較像是教科書的風格,把底層的數學原理和硬體規格寫得非常紮實,雖然能感覺到作者的專業度非常高,但對於想快速掌握「它能做什麼」的讀者來說,門檻實在有點高。讀起來的體驗就是,你需要有相當的電子背景知識,不然光是理解名詞解釋就要花掉一半的時間,實在是需要一點毅力纔能啃完。

评分

我是在咖啡廳邊聽著輕音樂邊試圖閱讀這本書的,結果發現這根本就是一項需要全神貫注的任務。它的敘事風格非常學術化,幾乎沒有任何幽默感或生活化的比喻來輔助理解那些複雜的概念。舉例來說,當講到影像濾波器的時候,它可能用好幾個段落去證明公式,但缺乏一個簡單的圖像比喻來解釋「這個濾波器到底把影像的哪個部分增強或削弱瞭」。對於我這種偏好「先理解概念,再鑽研細節」的讀者來說,這種寫法讀起來會有點吃力,很容易在大量的公式和符號中迷失方嚮。如果作者能用更生動的方式,比如穿插一些實際工廠或醫療領域的維度對照,讓讀者能夠直觀地感受到這些抽象技術背後的物理意義,那閱讀體驗絕對會大幅提升。畢竟,工具書如果不好讀,再好的內容也很難被有效吸收,這本書在「如何讓讀者讀下去」這方麵,還有很大的進步空間。

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